（计算机应用技术专业论文）支持企业经营过程重组的工作流建模与仿真研究.pdf

中文摘要 随着我国加入w t o 以及市场全球化进程的不断推进，现代企业面临着更加激 烈的市场竞争，为了在全球化的市场竞争中获得较大的市场份额，以提升企业的国 际竞争力，现代企业的管理模式必须适应快速多变的市场规则，因此，经营过程重 组就成为现代企业面临的主要问题之一。基于工作流管理技术对企业经营过程重组 进行建模与仿真的研究，是当前企业经营过程重组研究的主要方向之一。 本文主要针对支持经营过程重组的工作流建模与仿真技术进行研究，本文所作 的主要工作： 首先，提出了能够支持b p r 仿真的b p r 工作流仿真模型，其中以流程模型为 核心，数据模型为其提供相应的数据支持，时间模型提供相应的时间约束，组织模 型与资源模型提供仿真环境，而评价模型提供b p r 仿真分析优化，通过对各模型的 分析，给出各模型组成要素的形式化定义。 其次，通过对离散事件仿真方法和b p r 工作流仿真的研究，将基于消息驱动机 制的离散事件仿真方法与b p r 工作流仿真相结合，提出了一种基于消息的b p r 工 作流仿真方法，结合企业实际，提出了工作流仿真的性能评价指标和工作流仿真性 能综合评价方法。 最后，设计实现支持b p r 的工作流仿真原形系统，描述该系统的体系结构，详 细描述了业务逻辑层的主要部件、仿真执行过程以及核心类与算法。并利用支持 b p r 的工作流仿真原形系统，针对一个企业实际的经营过程进行建模与仿真，对仿 真结果进行了分析评价。 本文的研究，对企业经营过程重组的工作流管理与评价具有十分重要的意义。 关键字：经营过程重组；工作流仿真模型；工作流仿真策略；工作流仿真方法 t h er e s e a r c ho ft h ew o r kf l o wm o d e l i n ga n ds i m u l a t i o n s u p p o r t e de n t e r p r i s e b u s i n e s sr e e n g i n e e r i n g g r a d u a t en a m e ：z h a n gl i - n a ( c o m p u t e ra p p l i e dt e c h n o l o g y ) d i r e c t e db y ：g u o y i n z h a n g a b s t r a c t w i t hc h i n a t sa c c e s s i o nt ow t 0a n dt h ec o n t i n u o u sp u s hf o r w a r do ft h e m a r k e tg l o b a l i z a t i o n ，m o d e me n t e r p r i s e sa r ef a c i n gl a r g e rc o m p e t i t i o n i n o r d e rt og a i nb i g g e rm a r k e ts h a r ei nt h eg l o b a lc o m p e t i t i o n ，a n de n h a n c et h e i n t e r n a t i o n a lc o m p e t i t i o n ，t h e ym u s ta d a p tt h e i rm a n a g e m e n tm o d e lt o m a r k e tr u l ew h i c hi sr a p i d l yc h a n g i n g t h e r e f o r e ，b u s i n e s sp r o c e s s r e e n g i n e e r i n gh a sb e c o m eo n eo ft h em a i ni s s u e sw h i c ha r ef a c e db yt h e m o d e me n t e r p r i s e e n t e r p r i s eb u s i n e s sp r o c e s sr e e n g i n e e r i n gm o d e l i n ga n d s i m u l a t i o nb a s e d o nw o r kf l o wm a n a g e m e n tt e c h n o l o g yi so n eo ft h em a i n r e s e a r c hd i r e c t i o n so fb u s i n e s sp r o c e s sr e e n g i n e e r i n g t h i sp a p e rm a i n l ys t u d i e st ot h ew o r kf l o wm o d e l i n ga n ds i m u l a t i o n t e c h n o l o g yb a s e d o nb p r i t sm a j o rw o r k ： f i r s t l y , t h eb p rw o r kf l o ws i m u l a t i o nm o d e lw h i c hs u p p o r t st h ew o r k f l o ws i m u l a t i o nb a s e d o nb p ri sp r o p o s e d i nt h i sm o d e l ，t h ep r o c e s sm o d e l i sc o r e t h ed a t am o d e lp r o v i d e si t sr e l e v a n td a t a ，t h et i m em o d e lp r o v i d e s c o r r e s p o n d i n gt i m ec o n s t r a i n t ，t h eo r g a n i z a t i o n m o d e la n dt h er e s o u r c e m o d e lp r o v i d e ss i m u l a t i o ne n v i r o n m e n t ，a n dt h ee v a l u a t i o nm o d e lp r o v i d e s s i m u l a t i o na n a l y s i sa n do p t i m i z a t i o n a c c o r d i n gt oa n a l y s i s ，t h em o d e l 。s 。一jli f o r m a ld e f i n i t i o ni sg i v e ni nt h i sp a p e r s e c o n d l y , t h r o u g hs t u d y i n gd i s c r e t e e v e n ts i m u l a t i o nm e t h o d sa n db p r w o r kf l o ws i m u l a t i o n t h ed i s c r e t e e v e n ts i m u l a t i o nm e t h o di sc o m b i n e d w i t hb p rw o r kf l o ws i m u l a t i o n ，a n dt h em e s s a g e d r i v e nw o r kf l o w s i m u l a t i o nm e t h o di sp r o p o s e d m o r e o v e r , c o n s i d e r i n gt h ee n t e r p r i s ea c t u a l i i i c o n d i t i o n ，t h ee v a l u a t i o ni n d i c a t o ra n dt h ec o m p r e h e n s i v ee v a l u a t i o nm e t h o d i sp r o p o s e d f i n a l l y , t h ew o r kf l o ws i m u l a t i o ns y s t e mb a s e d - o nb p r i sd e s i g n e da n d i m p l e m e n t e d t h e a r c h i t e c t u r ei s g i v e n t h e b u s i n e s s l o g i c l a y e r i s d e t a i l e d l yd e s c r i b e d ，i n c l u d i n gi t sm a i nc o m p o n e n t sa n di t sc o r ec l a s sa n d a l g o r i t h m u s i n gt h eb p rw o r kf l o ws i m u l a t i o np r o t o t y p es y s t e m ，f o ra n a c t u a lp r o c e s s ，m o d e l i n ga n ds i m u l a t i o ni sp e r f o r m e d ，a n dt h e nt h ea n a l y s i s a n de v a l u a t i o ni sg i v e n i t i sv e r ys i g n i f i c a n tt ot h eb p rw o r kf l o wm a n a g e m e n ta n de v a l u a t i o n k e yw o r d s ：b p r ；w o r kf l o ws i m u l a t i o nm o d e l ；w o r kf l o w s i m u l a t i o n s t r a t e g y ；w o r kf l o ws i m u l a t i o nm e t h o d i v 承诺书 本人郑重声明：所呈交的学位论文，是在导师指 导下独立完成的，学位论文的知识产权属于太原科技 大学。如果今后以其他单位名义发表与在读期间学位 论文相关的内容，将承担法律责任。除文中已经注明 引用的文献资料外，本学位论文不包括任何其他个人 或集体已经发表或撰写过的成果。 学位论文作者( 签章) ： 2 0 0 年月日 第一章绪论 第一章绪论 1 1 课题研究的背景及意义 随着我国加入w t o 以及市场全球化进程的不断推进，现代企业面临着更加激 烈的市场竞争，为了在全球化的市场竞争中获得更大的市场份额，以提升企业的国 际竞争力，现代企业的管理模式必须适应快速多变的市场规则，因此。企业经营过 程重组成为现代企业面临的主要问题之一。现代企业强调将传统的以职能为基础的 组织机构和运作机制转变为以过程为中心的管理模式，在信息集成的基础上实现过 程集成已经成为越来越多的企业和研究单位所关注的热点。目前，实现过程集成的 有效途径就是采用工作流技术。工作流技术在c i m s 、并行工程、企业经营过程重 组、供应链管理和敏捷制造等领域具有广阔的应用前景，其研究工作得到各方的广 泛重视。 工作流是针对工作中具有固定程序的常规活动而提出的一个概念。通过将工作 活动分解成定义良好的任务、角色、规则和过程来进行执行和监控，达到提高生产 组织水平和工作效率的目的。工作流技术为企业更好地实现经营目标提供了先进的 手段。一个工作流包括一组活动及他们的相互顺序关系，还包括过程及活动的启动 和终止条件，以及每个活动的描述。工作流管理系统指运行在一个或多个工作流引 擎上用于定义、实现和管理工作流运行的一套软件。它与工作流的执行者交互、推 进工作流实例的执行并监控工作流的运行状态。工作流管理系统由过程建模工具、 工作流机、任务表管理器、用户界面及相关的应用和数据组成。工作流管理系统可 以描述不同覆盖范围和不同时间跨度的经营过程。根据经营过程以及组成活动的复 杂程度，工作流管理系统可以采用多种实施方式。 工作流的主要研究内容包括以下几个方面：( 1 ) 工作流管理系统体系结构研究 ( 2 ) 工作流模型与工作流定义语言( 3 ) 工作流事务管理特性( 4 ) 工作流的实现技 术( 5 ) 工作流的仿真与分析方法( 6 ) 工作流的集成与互操作技术( 7 ) 工作流与经 营过程重组。在工作流的研究中，世界比较著名的有i b m 公司a l m a d e n 研究中心 的e x o t i c a 、佐治亚大学计算机系的m e t e o r 、w i d e 以及m e n t o r 等研究项目。其中， e x o t i c a 和m e t e o r 是完全分布的工作流管理系统，w i d e 和m e n t o r 则采用c s 结构， 活动时间导航、活动执行情况的管理、异常情况的处理都是由位于服务器层的工作 流机完成。目前国内工作流管理的建模与实现的研究还很少，其中清华大学的范玉 支持企业经营过程重组的工作流建模与仿真研究 顺教授依托国家“8 6 3 ”计划资助，开始研究工作流管理系统的建模、仿真与实施技 术。他们针对领域工程进行有效的研究，开发了一些工作流管理的建模、仿真工具。 从工作流目前的研究来看，工作流技术还处于研究阶段，存在的主要问题表现 在以下三个方面：1 在工作流描述方面，缺乏一种支持过程定义、过程演进以及过 程分析的形式化数学模型。2 在工作流的执行方面，缺乏一个标准化的集成框架来 支持对企业常用的分布式应用的集成。3 在工作流仿真与评价方面，尚处于一种几 乎空白的状态。 随着计算机技术和网络技术的迅速发展，企业经济形式发生了巨大的变化，企 业之间和企业内部的业务流程变得越来越复杂，正逐步向更灵活的、自适应的、规 模可扩充的，以及具有互操作性等更先进的方向发展。应企业应用需求，工作流建 模技术飞速发展，使得更复杂的业务流程建模成为可能，从而对于工作流仿真的需 求也变得更为迫切： ( 1 ) 企业设计了不合理的大规模的工作流流程投入使用，运行之后往往会发现缺 陷，修改周期长、代价大； ( 2 ) 7 - 作流仿真具有安全可靠、风险小的特点，它模拟业务过程的变动和市场环 境的变化，不会对实际的业务过程的运行产生任何影响，避免了改变实际的业务过 程可能带来的不可挽回的影响； ( 3 ) 实际业务流程的实施往往需要付出较高的代价，而对于某些正在设计中的业 务流程、未来流程等，甚至根本无法做流程的实际运行。于是，对实际业务流程进 行建模，利用仿真模型来做仿真运行，并根据仿真结果来推断、评估或评价实际经 营过程的性能，进而发现问题，改进流程，无疑是一种经济有效的手段。 针对上述分析，我们选择了企业经营过程重组这一特定领域的工作流管理的建 模与仿真软件进行开发。基于工作流技术，建立一套较为完整的建模运行、仿真评 价、管理实施的体系：可视化的建模工具能够让计划人员方便、直观的对重组的过 程进行定义和描述，并在此基础之上，对重组的方案进行初步的讨论；通过多视图 的动态仿真环境，不仅可以离线的对重组的过程进行仿真运行，来检查方案中是否 存在死锁、瓶颈等问题及其它意料之外的隐患，而且可以利用其多视图的特点，观 察仿真运行过程中信息、物料及资金的流动情况。另外，可以利用仿真环境的生动、 形象的特点，在重组方案实施之前对相关人员进行培训，使其熟悉自己的任务、明 确自己在整个过程中的位置，从而减少b p r 实施过程中由人带来的不安全因素，方 便用户选择最优的重组方案进行实施。 2 第一章绪论 通过本项目的开发，将形成一套完整的工作流管理系统的原型，它可广泛应用 于企业实际的c i m s 工程实施、产品研制过程的项目管理和文档管理，企业的经营 过程建模和优化、经营过程重组和业务过程自动化( 包括银行、保险、商业、服务 业) 。从目前的发展趋势来看，现代企业越来越需要运用工作流管理系统在大规模分 布式环境下高效地运转相互关联的任务，并且对执行的任务进行密切监控，以使企 业这一复杂系统在充满外部扰动与内部惰性的环境下仍处于稳定、最优的状态。支 持企业经营过程重组工作流管理的建模与仿真技术的研究可以解决企业的上述需 求。 1 2 企业经营过程重组概述 1 2 1 经营过程重组的基本概念 企业经营过程重组是指企业为了实现一定的经营目的而执行的一系列逻辑相关 的活动的集合i l 】。经营过程的输出可以是能够满足顾客或市场需要的产品，也可以 是特定的服务。 虽然经营过程的概念是近年来才被明确提出的，但自企业诞生之日起，经济学 家和企业家们就一直在探索能够有效的管理企业中各项活动的方法和途径，以追求 更大的企业效益。 2 0 世纪8 0 年代，市场环境由卖方市场向买方市场转变，顾客在供求关系中占 了主导地位，企业过去所处的那个相对稳定的经营环境已经不复存在，根据分工理 论建立的原有的运行机制和组织机制受到了强烈的冲击。单纯的技术革新已经无法 从根本上提高企业的竞争力，企业呼唤新的现代管理方法的出现。在这种竞争环境 下，提出了企业经营过程重组( b u s i n e s sp r o c e s sr e e n g i n e e r ，b p r ) 的概念与方法【2 1 。 1 9 9 0 年，曾任美国麻省理工学院教授的h a m m e r 博士哈佛商业评论中发表 名为重组：并非自动化，而是重构的文章【l 】。几乎与此同时，斯隆管理评论 在1 9 9 0 年的夏季刊上刊登了托马斯h 达文波特等人撰写的新工业工程：信息 技术与经营过程在设计【1 1 ，由此开始企业经营过程重组的研究与应用实践【2 1 。 d a v e n p o r t 博士对流程的定义是：“流程是系列的特定工作，有一个起点，一个 终点，有明确的输入资源与输出成果。”而流程再造意指：“彻底分析流程，并予以 重新设计，已在各项指标上有突破的进展。”其中运营指标包括：质量、反应速度、 成本、灵活性、满意度等等。 与传统的基于分工理论的管理思想相比，b p r 具有以下三个显著的特征：面向 3 支持企业经营过程重组的工作流建模与仿真研究 顾客，强调顾客需求；面向企业经营过程；追求企业性能的突破性提高。 1 2 2 经营过程重组的实施步骤 b p r 的全面实施是一项非常复杂的工程，它往往会引起组织文化、管理理念、 组织结构和业务过程等多方面多层次的变化，因此，必须有步骤、有目的和有计划 地组织实施，才能够保证经营过程改造的成功。实施b p r 的生命周期可以分为项目 规划、过程建模、过程优化、系统实施和项目评价五个阶段【2 】。 项目规划阶段的主要任务是制定企业经营规划和b p r 的目标。 过程建模阶段的主要任务是准确的描述企业现在的业务过程，建立经营过程模 型。建模是经营过程分析和优化设计的基础，目前已经有多种过程建模方法和工具 可以用来帮助企业描述和分析经营过程。 过程优化是b p r 实施中非常重要的一个阶段，它的主要任务是在已建立的经营 过程模型的基础上，分析和优化企业的经营过程。优化经营过程的时候，首先要考 虑使用信息技术所能发挥的重要作用。 系统实施阶段的主要任务是根据优化的过程模型，在企业中建立相应的信息系 统，改变原有的业务流程，并重新建立与新的业务过程相匹配的企业组织结构，进 行人员培训，从而完成经营过程的改造。 当系统实施完成后，还要对新的经营过程进行监控和评价，以便发现其中所存 在的问题，在必要的情况下，还要对过程进行再次完善。 1 3 工作流管理技术概述 工作流的概念起源于生产组织和办公自动化领域。它是针对日常工作中具有固 定程序的活动而提出的一个概念。目的是通过将工作分解成定义良好的任务、角色， 按照一定的规则和过程来执行这些任务并对它们进行监控和管理，达到提高办事效 率、降低生产成本、提高企业的管理水平和核心竞争力。2 0 世纪8 0 年代初期，在 个人计算机尚未作为信息处理工具的时候，人们为了提高信息收集、处理、储存、 应用、传递、共享的效率，希望建立一种无纸化的计算机工作环境，于是一些公司 创建了自己专用的或可商品化的表单传递应用系统( f o r m s - r o o t i n ga p p l i c a t i o n ) ，这些 系统通常运行在大型机或小型机上，用于实现日常表单处理的电子化和自动化，这 种系统可以看成是现代工作流管理系统的一个雏型【l j 。 到了8 0 年代中期，一批图形图像公司，如f i l e n e t 和v i e w s t a r 等，率先在市场 上推出自己的工作流产品。他们将图像扫描、复合文档、结构化路由、实例跟踪、 4 第一章绪论 关键字索引以及光盘储存等功能结合在一起，形成了一种用于文档处理的图像处理 系统，它可以将计算机文档扫描成电子文档，并按照一定的规则发送给需要的人员， 这就是早期的工作流管理系统。其中的典型代表有i l l 3 j ：f i l e n e t 的w o r k f l o w b u s i n e s ss y s t e m ，v i e w s t a r 的v i e w s t a r 以及a c t i o nt e c h n o l o g y 的c o o r d i n a t o r 。 进入2 0 世纪9 0 年代，随着计算机与网络技术的迅速发展，特别是在i n t e m e t 应用日益普及的情况下，现代企业的信息系统的分布性、异构性和自治性的特征越 来越显著，相应的企业信息资源也分布在异构的计算机环境中，信息源之间的连接 表现出松散藕合的特点。企业物理位置的分散性和决策制定过程的分散性特征日益 明显，对日常业务活动的信息需求日益提高，c l i e n t s e r v e r 体系结构和分布式处理 技术( c o r b a ，w w w ，o l e ，j a 、，a 等) 的广泛应用，都说明了这样的事实：集中式信 息处理的时代即将成为过去，取而代之的将是大规模的异构分布式信息处理与应用 执行环境。在这种技术背景下，工作流管理系统也由最初的无纸化办公环境，转而 成为同化企业复杂信息，实现业务流程自动执行的必要工具。这样的一个转变，也 把工作流技术带入了一个崭新的发展阶段，使得人们对工作流从更深层次、更广领 域上对工作流展开了广泛的研究工作。19 9 3 年工作流技术的标准化组织工作流管理 联盟( w o r k f l o wm a n a g e m e n tc o a l i t i o n ，w f m c ) 的成立标志着工作流技术在计算机应 用研究领域之中被明确地划出了自己的一席之地，相应的概念和术语也得到了人们 的承认。把工作流的技术研究以及相关的产品开发带入一个崭新的阶段。目前，在 全球范围内，对工作流的技术研究以及相关产品的开发已经进入了更为繁荣的阶段， 更多更新的技术被集成进来了，文件管理系统、数据库、电子邮件、移动计算、i n t e m e t 服务等都已经被容纳到工作流管理系统之中。 时至今日，工作流管理技术已经成功地运用到图书管、医院、保险公司、银行 等行业，然而它更为重要的应用还是工业领域，作为支持业务经营过程重组( b u s i n e s s p r o c e s sr e e n g i n e e r i n g ，b p r ) 矛d 经营过程自动化( b u s i n e s sp r o c e s sa u t o m a t i o n ，b p a ) 的 一种手段，工作流技术的研究应用日益受到学术界和企业界的重视。许多大学和研 究机构也致力于工作流技术的进一步发展，开展了一系列的研究项目，取得了显著 的成果。 1 3 1 工作流的基本概念 1 工作流2 1 2 作流管理系统( w o r k f l o w w o r k f l o wm a n a g e m e n ts y s t e m ) 对工作流的定义是一个见仁见智的问题，很多研究者都从不同的侧重点给出了 工作流的定义1 4 。我们认为：工作流是企业可用计算机实现管理的结构化或非结构 5 茎堑尘些丝萱垫堡望丝塑三堡亟堡堡兰堕墨竺茎 化业务流程的计算机模型，它定义了是什么( w h a t ，流程的基本描述、流程各组成活 动及活动描述) ，怎么做( h o w ，流程各活动间时序及选择约束关系、活动间信息流、 活动任务完成内容) ，谁负责( w h o ，流程活动的参与人、启动人、管理人、安全信 息) ，什么时间做( w h e n ，流程启动时间、任务期限) 、在什么地点做( w h e r e ，分布策 略) 。工作流管理系统是支持工作流实现的计算机软件系统，是实现工作流定义、启 动、调度、监控、分析等管理功能的工具集。 2 工作流定义( w o r k f l o wp r o c e s sd e f i n i t i o n ) 企业业务流程的形式化描述，用于支持系统建模和运行过程的自动化。流程可 分解为一系列子流程和活动，其定义主要包括描述流程起始、终止的活动关系网络， 以及一些关于个体行为的信息，如组织成员、与i t 相关的应用和数据等。也称为流 程定义、工作进程( w o r k f l o wp r o c e d u r e ) 、工作流方案( w o r k f l o ws c h e m a ) ，流程图表 ( f l o wd i a g r a m ) ，路由定义( r o u t i n gd e f i n i t i o n ) 等等。 3 工作流实例( w o r k f l o wi n s t a n c e ) 及活动( a c t i v i t y ) 工作流实例：实际运行中的一个流程，每个实例代表一个能独立控制执行、具 有内部状态的线程。活动：实现流程逻辑步骤的一项工作任务的描述，一般分手工 操作和自动处理两类，是过程执行中可被工作流引擎处理的最小工作单元。 4 工作项( w o r ki t e m ) 、任务( t a s k ) 、路f l 了( r o u t i n g ) 、构造块( b u i l d i n gb l o c k ) 工作项：可被工作流参与者执行的活动实例的表示，一个活动实例通常产生一 个或几个工作项，工作项通过赋予相关参与者的工作列表而被参与者所感知。任务： 活动和工作项的统一表示，在工作流定义的上下文中表示活动，在工作流实例的上 下文中表示工作项。路由：工作流实例中任务间的关系，基本的路由关系有：顺序 ( s e q u e n c e ) ，选择( c h o i c e ) 、派生( f o r k ) 、合并( m e r g e ) 、同步( s y n c h r o n i z a t i o n ) 等。构造块 ( b u i l d i n gb l o c k ) ：工作流定义中各分支的合并或分裂关系，基本有：o r s p i l t ( 选择) 、 a n d s p l i t ( 派生) 、o r - j o i n ( 合并) 和a n d - j o i n ( 同步) 四种； 5 工作流参与者( w o r k f l o wp a r t i c i p a n t ) 、触发器( t r i g g e r ) 工作流参与者：可执行流程活动实例的资源，可分为人员、组织、角色和( 机器) 资源四类。触发器o - ( t r i g g e r ) ：触发器导致任务的执行，可以是执行任务的资源，也可 以是来自外部的信息。 1 3 2 w f m c 参考模型 w f m c 是一个国际性工作流组织，主要负责工作流方而的标准化工作。w f m c 的w f m c t c 1 0 0 3 1 5 】规范通过对工作流管理系统功能的模块化划分及定义各个模块 6 第一章绪论 间的接口，给出了工作流管理的参考模型( w o r k f l o wr e f e r e n c em o d e l ) ，如图1 1 所 示。该参考模型实现了w f m s 间的各个层次上的互操作性，并以此为构架来分析开 发、制定各种工作流管理规范。工作流参考模型中涉及到的几种数据包括： 工作流控制数据( w o r k f l o wc o n t r o ld a t a ) 工作流执行服务工作流机通过内部的工作流控制数据来辨别每个过程或活动 实例的状态。这些数据有工作流执行服务工作流机进行控制。用户、应用程序或其 他的工作流机工作流执行服务不可能对其直接进行读写操作，他们可以通过向工作 流执行服务工作流机发信息请求来获得工作流控制数据的内容。 图1 1 工作流参考模型岍m c 工作流相关数据( w o r k f l o wr e l e v a n td a t a ) ： 工作流管理系统通过工作流相关数据来确定过程实例状态转换的条件，并选择 下一个将执行的活动。这些数据可以被工作流应用程序访问并修改。因此，工作流 管理软件需要在活动实例之间传递工作流相关数据。 工作流应用数据( w o r k f l o wa p p l i c a t i o nd a t a ) ： 这种数据指那些由应用程序操作的数据。他们是针对应用程序的，是企业完成 具体的业务功能所需要的数据，如产品结构数据、订单数据、生产作业计划数据等 等。工作流管理系统无法也不需要对他们进行访问。 工作流参考模型认为工作流系统包括以下组件： 7 支持企业经营过程重组的工作流建模与仿真研究 流程定义工具( p r o c e s sd e f i n i t i o nt o o l s ) ： 工作流建模工具，工作流模型包含一个能够由工作流执行服务软件系统执行的 过程所需要的所有信息。工作流建模工具定义一个元模型，并且定义一套可以在工 作流管理系统之间、管理系统与建模工具之间交互过程模型定义的a p i ( 应用编程 接口) ( 接口1 ) 。 工作流使能服务( w o r k f l o we n a c t m e n ts e r v i c e ) ： 工作流执行服务是工作流管理系统的核心，实际上它是企业经营过程的任务调 度器，并且还在某种程度上是企业资源分配器。由一个或多个同构或异构的工作流 引擎组成的，它提供了过程是理智型的运行环境。应用系统可以通过工作流应用编 程接口w a p i ( w o r k f l o wa p i ) 来访问该服务。 工作流客户端应用( w o r k f l o wc l i e n t a p p l i c a t i o n s ) ： 工作流的实现组件，通过它用户可以激活与各种流程活动相关的客户端应用系 统，实现与工作流使能服务的交互。 激活应用( i n v o k e da p p l i c a t i o n ) ： 被工作流使能服务激活的用于实现工作流活动内容的应用系统。 管理和监控工具( a d m i n i s t r a t i o n & m o n i t o r i n gt o o l s ) ： 提供工作流管理系统管理和监控的工具，包括用户管理、角色管理、审计管理、 资源管理、流程监控管理等。 同时模型还定义了5 个接口，用于定义以上5 个组件间的互操作规范： 接口l 工作流服务和工作流建模工具间接口，包括工作流模型的解释和读写操 作，这个接口为在不同物理或电子介质之间传递过程定义的信息提供了交互的形式 和a p i 调用函数 接口2 ，工作流服务和客户应用之间的接口，这是最主要的接口规范，它约定 所有客户方应用与工作流服务之间的功能操作方式1 6 j ； 接1 23 ，工作流机和直接调用的应用程序之间的直接接口【6 】； 接口4 ，工作流管理系统之间的互操作接口【刀； 接口5 ，工作流服务和工作流管理工具之间的接口。这类接口主要是为了实现 对工作流的管理和监视【s 】。 1 4 支持经营过程重组的工作流仿真概述 b p r 的实施具有很大的风险性，仿真技术可以在b p r 实施之前对经营过程进 8 第一章绪论 行模拟执行、分析评估，保证在实施b p r 前全面了解系统实施的可行性。起初仿真 更多的侧重于生产制造领域，仿真软件和其他建模工具( 流图、c a s e 工具) 无法集成， 并且专用的仿真语言对建模者的技能要求比较高，导致它没有成为业务流程建模的 主流。后来的仿真软件考虑到了集成和易用性问题，才逐渐加以推广，大量的仿真 工具也随之出现，常用的有：p r o c e s sc h a r t e r , p r o c e s s m o d e l ，a r e n a , e x t e n d + b p r ，s e r v i c e m o d e l ，s i m p r o c e s s ，r e t h i n k 等。 随着工作流管理技术的日益成熟和b p r 推行中具体实施困难的逐渐凸现，人们 发现工作流是个天然的b p r 建模与仿真工具，它的“过程管理”功能仿佛就是为 b p r 量身定制的，不仅可以为过程建模，还可以提供实际的运行和监控环境不足。 利用工作流支持b p r 建模和执行，进而扩展到支持b p r 仿真，这样工作流就贯穿 了b p r 实施的整个过程。 工作流仿真是在工作流程建模之后具体投入使用之前，利用仿真引擎模拟工作 流程中各个活动的执行过程，通过运行多次仿真执行，得到一系列工作流流程运行 的具体数据，如活动执行时间、流程成本、资源利用率等。决策人员可以利用这些 统计数据评价经营过程的各项性能从而找出经营过程中可能存在的不合理问题，从 而做出对经营过程重组和再造的决策。 由此可见，工作流仿真的最终目的就是对流程模型进行分析和评价，通过动态 运行、结合评价指标体系，分析仿真数据，从而发现问题、改进或优化流程。 工作流仿真从广义上，包括流程结构分析和流程模拟执行评价两部分。本文所 讨论的工作流仿真，只包含后者，至于流程结构分析，我们认为属于工作流模型验 证的范畴，本文不作详细描述。 目前，对工作流管理的理论和实施技术的研究，主要包括以下几个方面【1 1 ，工作 流模型与定义语言研究、工作流分布实现技术研究、工作流的集成与互操作研究、 工作流安全管理及工作流的仿真分析等。与工作流模型仿真分析相关的技术有静态 验证和动态仿真，工作流模型验证基于图论和p e t r i 网理论的基础上已经得到了相当 深入的研究2 0 】【2 1 1 1 2 2 1 1 2 3 】【2 4 】，并开发出了相对成熟的产品【2 5 】【2 6 】。相对于工作流建模和 验证来说，工作流仿真还是一个比较薄弱的环节，现在还处于以研究为主的状态， 离商品化的距离还比较远。 应该说，在缺乏仿真方法和仿真工具支持的情况下，整个工作流系统是不完善 的。因为人们难以预料所部署的工作流过程将有可能出现怎样的结果，它有哪些不 合理的地方，其性能指标如何，这一切都必须等到实际运行以后才能由工作流管理 9 支持企业经营过程重组的工作流建模与仿真研究 系统所记录的数据中获得，显然，这并非是一种合理的方式。针对工作流进行仿真 的难点主要在于：仿真的性能指标难以确定，企业行为及业务本身具有很多不确定 因素及复杂性等。 近两三年以来，国内外对工作流仿真的研究主要侧重于两个方向： 工作仿真性能指标。这个研究方向主要是提出性能指标及其相关的分析方 法，常用的指标有完成时间、活动成本和资源利用率等，分析方法有时间 成本关键路径t c p m c c p m ( t i m ec r i t i c a lp a t hm e t h o d c o s tc r i t i c a lp a t h m e t h o d ) 、计划评审技术p e r t ( p r o g r a me v a l u a t i o na n dr e v i e wt e c h n i q u e ) 、 活动成本分析法a b c ( a c t i v i t yb a s e dc o s t i n g ) 等。 工作流仿真机制及体系结构。这个研究方向探讨工作流仿真方法，以及如 何建立工作流仿真系统。 1 5 本文的研究工作 本文通过对工作流建模与仿真技术目前成果的广泛研究与分析，并着重对工作 流仿真方法的进行了研究，提出一种基于消息的工作流仿真策略，并设计实现了支 持b p r 的基于消息的工作流仿真原形系统。主要内容包括： 1 概述了经营过程重组、工作流及工作流仿真技术，介绍相关的背景知识。 2 提出了基于测试可仿真的b p r 工作流模型，对经营过程进行多视图模型构建， 对各模型进行了详细描述，并给出了形式化定义。 3 借鉴传统仿真策略，将工作流技术与消息驱动的仿真策略相结合，提出了基 于消息的b p r 工作流仿真机制。 4 提出了原型系统体系结构、各层设计、仿真执行的过程，具体描述了业务逻 辑层的主要部件以及核心类与主要算法，最后针对某一具体经营过程，采用本文的 b p r 工作流仿真模型，并利用验证环境进行仿真，并给出仿真报告。 l o 第二章基于b p r 面向仿真的工作流模型设计 第二章基于b p r 面向仿真的工作流模型设计 对于某个组织内或组织之间的经营过程，需要从多个层次多个角度来考察才能 全面的描述经营过程。通常，可以从组织、资源、业务流程和信息这四个方面来考 察组织的经营过程，建立相应的组织视图、资源视图、过程视图和信息视图。然而 对于基于b p r 面向仿真的工作流仿真系统，信息视图可以不建立。 本章面向仿真构建了工作流模型，根据面向仿真的实际情况，我们在传统的工 作流模型基础上进行改进，使他能够更好的支持工作流仿真。 2 1 基于b p r 的工作流仿真模型 结合b p r 特性，针对现有工作流模型对仿真支持的不足，在设计工作流模型时 坚持以下原则i 引j ： 1 ) 柔性与易用性相结合，既提供强大的柔性和扩展性，又易被用户使用； 2 ) 为仿真提供尽可能多的相关信息； 3 ) 能够利用软件测试理论辅助仿真执行过程 4 ) 流程可重用性好，尽量减少流程设计工作量。 基于以上设计原则，在研究借鉴现有工作流模型的基础上，结合经营过程重组 的特点，本文面向仿真构建了基于b p r 的工作流仿真模型，如图2 1 所示。此模型 包括流程模型、数据模型、资源模型、组织模型、和评价模型。 图2 1 基于b p r 的工作流仿真模型 支持企业经营过程重组的工作流建模与仿真研究 1 流程模型：由经营过程( p r o c e s s ) 、活动( a c t i v i t y ) 和消息( m e s s a g e ) 组成，是基于 b p r 的工作流仿真模型的核心。经营过程是基于b p r 的工作流仿真模型的基本概 念，是能够实例化运转的基本单元。经营过程由活动组成，而活动又可以分化成子 经营过程，每个经营过程和活动都有一个消息体，消息体中存放消息，经营过程和 活动，活动和活动之间通过发送或接收消息进行通信。在实际的仿真过程中，消息 并不能实例化运行，然而由于消息在该模型中的重要作用，我们把它也列到流程模 型中。 2 数据模型：经营过程、活动详细描述信息、扩展信息来自于数据模型，具有用户 自定义相关数据功能，增加经营过程、经营过程活动的描述能力。 3 时间模型：时间数据定义了经营过程仿真时间以及资源、人员的有效执行时间。 3 资源模型：用于描述活动执行所需配备的资源，如工具、设备、机器等等信息。 4 组织模型：组织模型主要用于建立企业的组织模型，方便活动的人员指派，人员 也是一种特殊的资源，组织模型由组织( o r g a n i z a t i o n ) 、人员( e m p l o y e e s ) 组成。 5 评价模型：对经营过程进行评价管理，描述经营过程运转过程中涉及的资源、时 间、成本等评价指标。 2 2 基于b p r 的工作流流程模型设计 一个经营过程是由一个或多个任务组成，这些任务之间存在着某种逻辑关系。 经营过程仿真实际上是其中的任务按照这种逻辑关系而先后执行。任务是构成业务 过程的基本单位，任务之间由于逻辑关系和抽象层次而形成比较复杂的结构特性。 因此对于经营过程的抽象表示需要从经营过程、活动、子经营过程几个方面来描述。 流程模型是基于b p r 的工作流仿真模型的基础和核心。 定义2 1 经营过程p r o c e s s = a t t r i b ，a a ，a c ，d a t a , t i m e ，m e s s a g e b o x a t t r i b ：经营过程的基本属性集合，包括般的经营过程共有的常见属性，如：编号、 创建人、创建时间、经营过程名称和经营过程描述等等。其中编号唯一确定一个经 营过程。 a a ：经营过程中的所有活动集合。 a c ：经营过程中正在执行的活动集合。 d a t a ：经营过程的相关数据集合。 t i m e ：关于过程时间约束的信息，包括经营过程的有效时间、工作时间、工作时间 单位、日历选择以及各个活动之间存在的时间约束等。 1 2 第二章基于b p r 面向仿真的工作流模型设计 m e s s a g e b o x ：经营过程的消息体，用于接收活动发回的消息。 活动既是基于b p r 的工作流仿真模型中一个最基本的概念和单元，也是经营过 程中的一个基本元素。它是经营活动中不可再分的任务，有时候可以是一个子经营 过程。活动可以定义如下： 定义2 2 活动a c t i v i t y = a t t r i b ，t y p e ，a f ，a e ，t i m e ，d a t a ，r ，e m p l o y e e ，m e s s a g e b o x ，s t a t e ) a t t r i b ：指经营过程活动的基本属性集合，包含了活动编号、活动名称、活动类型以 及活动描述信息等等。 t y p e ：活动类型，经营过程仿真中的活动类型包括以下几种： 开始活动和结束活动：标志一个经营过程模型的开始和结束，每一个过程 模型只允许有一个开始活动和一个结束